Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экспрессия глиадинкодирующих генов в замещенных и анеуплоидных линиях мягкой пшеницы

ВАК РФ 03.00.15, Генетика

Автореферат диссертации по теме "Экспрессия глиадинкодирующих генов в замещенных и анеуплоидных линиях мягкой пшеницы"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ И ГШЕТИКИ

НАУК

На правах рукописи

ПШЕНИЧНИКОВА Татьяна Алексеевна

УДК 581.134.4:633.11

ЭКСПРЕССИЯ ГЛЙАДШКОДИГШЩХ ГЕНОВ В ЗАМЕЩЕННЫХ И АНЕУППОИИШХ ЛИНИЯХ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ

03.00.15 - генетика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск, 1992

Работа выполнена в Институте цитология и генетики СО РАН , г.Новосибирск

Научный руководитель : кандидат сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник О.И.Майстренко, Институт цитологии и генетики СО РАН, г.Новосибирск

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

A.В.£ер1Ш)нин,

Институт цитологии и генетики СО РАН, г.Новосибирск

кандидат биологических наук

B. А. Соколов, Биологический институт СО РАН, г.Новосибирск

Ведущее учреждение: Всесоюзный Институт Растениеводства

им.Н.И.Вавилова, г.Санкт-Петербург

Защита состоится "ХХ " ¿ЧСАтЛ ^р .^1992г. на -

заседании специализированного совета £-002.II.01 по°защи£е диссех таций на соискание ученой степени доктора наук при Институте цитологии и генетики СО РАН в конференц-зале Института по адресу; 630090, г.Новосибирск, проспект академика Лаврентьева, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института цитологии и генетики СО РАН.

Автореферат разослан " ¿{¿'¿¿/¿/цл 1992 г.

I ученый секретарь

специализированного совета ----ьУ/'7 ^--

доктор биологических наук / А.Д. Груздев

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Сложный геномный состав мягкой пшеницы Triticum aestivum (aabbdd) долгое время не позволял путем обычного генетического анализа определять роль отдельны! хромосом в детерминации признаков. Это, в свою очередь, тормо -зило развитие частной генетики важной сельскохозяйственной культуры.

Принципиально разрешимой эта проблема стала после получения в 50-х годах Э.Р.Сирсом (США) различных серий анеупловдов - растений с нехваткой (избытком) определенной хромосомы (плеча хромосомы) у copra мягкой пшеницы Чайниз Спринт (Sears, 1953,1954; Sears, Sears, 1978). Использование их было необычайно эффек -тивным и многочисленными исследованиями устанавливается хромо -сомная локализация сотен генов, обуславливающих проявление различных признаков. Стали возможны и на сегодня значительно продвинуты работы по картированию отдельных генов мягкой пшеницы (Mcintosh, 1988, 1989-1991).

Создание серий анеупловдов открыло возможность конструиро -вания у мягкой пшеницы новых генетических моделей - замещенных линий, организмов, в которых пара хромосом заменена на гомоло -гичную от другого сорта пшеницы или от близкого вида злаковых (Sears, 1953; Unrau et ai., 1956). Наряду с анеуплоидами, замещенные линии используются для изучения частной генетики мяг -кой пшеницы, а также для определения эффектов взаимодействия одной хромосомы и разных хромосом в различной генотшшческой среде. Они являются более адекватными объектами исследований, так как" имеют нормальное для пшеницы число хромосом (2п=42). -

Однако процедура создания новых наборов анеуплоидов и замещенных линий крайне трудоемка, поэтому их коллекция пополняется медленно. Кроме того, большинство имеющихся линий выведено на основе анеуплоидов по сорту Чайниз Спринт, поэтому круг вовлеченных в работу сортов ограничен. Одной из наиболее полных и разнообразных является коллекция, созданная и поддерживаемая под руководством О.И.Майстренко в Институте цитологии и генетики СО РАН (Майстренко и др., 1988). Многолетняя работа с этими генетически своеобразными объектами привела к пониманию необходимости выявления и изучения конкретных межгенных и межхромосомных связей, определяющих проявление конечного признака у полиплоида,которые могут обнаруживать себя при нарушении генетической структуры ядра мягкой пшеницы.-

Адекватной моделью для подобной работы может служить сис -тема генов биосинтеза одного из запасных белков зерновки - глиадина, расположённая В локусах Gli-I И Gli-2 ( Mcintosh, 1988). Использование перечисленного выше генетического матери -ала позволило достаточно полно охарактеризовать структуру и расположение ее в геноме пшеницы. Установлено, что генетический контроль компонентов глиадина определяют одновременно шесть хромосом, относящихся к первой и шестой гомеологическим груп -паи, причем существует обширный полиморфизм по этому признаку (Созинов,1985; Payne, 1987; Shepherd, 1988). Одновременно были получены свидетельства того,что конечное формирование состава запасных белков определяется взаимодействием гомеоаллельных ло-кусов хромосом,несущих изучаемые гены. Однако эта вторая сторона общей картины строения и функции этого генного комплекса дол-^ roe время не привлекала к себе достаточного внимания исследователей.

Пель и задачи исследования. Главной целью работы явилось изучение генетического контроля и особетаостей экспрессии генов, определяющих биосинтез глиадина у анеуплоидов и в трех группах замещенных линий, различающихся по целям и методам создания, по составу участвовавших донорских и реципиентных сортов на различных этапах беккросса. Еыли поставлены следующие задачи:

1. Провести изучение генетического контроля биосинтеза отдельных компонентов глиадина у двух сортов-реципиентов Саратовская 29 (С29) и Диамант (Дм) и сортов-доноров, используя цито-генетические особенности линий на различных этапах беккросса и выявить компоненты-маркеры глиадиновых локусов хромосом первой и шестой гомеологических групп.

2. Анализируя состав глиадина замещенных линий по идентифицированным маркерам на последовательных этапах беккросса,исследовать закономерности восстановления гомозиготности генетичес -кого фона создаваемых линий по изучаемым генам.

3. Изучить изменение экспрессии глиадинкодирующих генов при отсутствии короткого или длинного плеча хромосом I и 6 гомеологических групп, используя дителосомные линии по сортам С29, Дм и Чайниз Спринг (ЧС),провести ее сравнительную количественную оценку у трех сортов.

4. Исследовать экспрессию генов глиадина в трех группах замещенных линий на отдельных этапах беккросса и вычленить вклад различных цитогенетических факторов в формирование конечного ис-

следуемого признака - компонентного состава глиадина.

Научная новизна. В настоящей работе впервые:

- изучены различные подходи для идентификации генов биосинтеза отдельных компонентов глиадина сортов-реципиентов и доноров, которые предоставляют патогенетические и генетические особенности замещенных линий на различных этапах беккросса;

- установлено,что при создания замещенных линий элиминация хромосом генетического фона,несущих глиадинкодирувщие гены,про — исходит неравномерно: хромосома 6А сорта-донора вытесняется на более поздних этапах беккросса по сравнению с донорскими хромосомами первой гомеологической группы (1А, 1В);

- для трех неродственных сортов пшеницы С29, Дм и ЧС установлено влияние отсутствия короткого или длинного плеча хромосом

.первой и шестой гомеологической группы на экспрессию гомеоал-лельных генов глиадина, на основании чего высказано предположение о наличии в этой генетической системе генов-регуляторов;

- описано два типа нарушения экспрессии изучаемых генов:для генов, гомеоаллельных расположенным в хромосомах, претерпеваю -щих замещение,и для генов, находящихся в хромосомах генетического фона. В первом случае основной причиной модификации является отсутствие в генотипе сорта-реципиента замещаемой хромосомы, несущей специфические гены-регуляторы; во втором случае, вероятно, имеет место межгенное взаимодействие на уров -не одного кластера;

- выявлено,что наиболее часто модификации экспрессии при создании замещенных линий подвергаются гены глиадина,расположенные в хромосоме 1В,что указывает на особую организацию изучаемой генетической системы в ней;

- получены новые доказательства того,что конечное фенотипичес -кое проявление признака в аллополиплоидном геноме мягкой пшеницы определяется взаимодействием генетических систем отдельных геномов.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на У1 Всесоюзном симпозиуме "Молекулярные механизмы генетических процессов" (Москва,1987); на 1У Всесоюзной научной конференции"Экологическая генетика растений,животных, человека"(Кишинев,1991). Материалы работы дважды представлялись на конференциях молодых ученых Института цитологии и генетики СО РАН (1986,1987), где занимали призовые места.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,

обзора литературы, материалов и методов, глав, где приведены результаты работы,юс обсуждение,заключения, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц и 10 рисунков. Список лиге -ратуры включает 140 наименований.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В работе использовано четыре набора замещенных и анеуплоид-. ных линий: дителосомные линии по хромосомам первой гомелогичес-кой группы сортов ЧС, ЛИ С2Э (ЧС - IAL, IAS, IBL, IBS и IDL, Дм и C29 - IAL, IBL и IDL, обозначение проводится по присутствующему в генотипе плечу); набор замещенных линий Дм/ Новосибирская 67 по хромосомам I и 6 гомеологических групп; 18 линий серии С29/Янецкис Пробат; набор замещенных линий с заменой хромосомы 5А яровых сортов гомологичной от озимых доноров: Дм/Одесская 51, Дм/Скороспелка 35, С29/Excelsior, С29/ Tom Pouce. Замещенные линии изучали на различных этапах создания, причем в беккроссах изучали потомство от самоопыления как непо -средственно с отцовских для следующего беккросса растений, так и с сестринских монос'омных растений.

Глиадин экстрагировали 70% этанолом из шрота, полученного после размола одной зерновки. Разделение его на компоненты про- -водили с помощью электрофореза в полиакриламидном геле в кислой среде, рН 3,1 по ранее разработанной методике (Пельтек и др., 1984) с модификациями в аппарате конструкции Бердшгеова и Го-рель (1975). После электрофореза гели окрашивали раствором Ку-масси Р-250.

Количественную обработку электрофореграмм дителосомных линий проводили с помощью денситометра,стыкованного с микро-ЭВМ "Мера-60" посредством набора электронных модулей в стандарте КАМАК. Для работы в диалоговом режиме был создан рад программ на фортране.

В работе использовали как материал,выращенный в условиях гидропонной теплицы,так и репродуцированный в Баку в 1982 и 1986 годах в полевых условиях. Для оценки достоверности полу -ченных результатов и соответствия теоретически ожидаемых соот -ношений фактическим использовали стандартные статистические методы - Пирсона и t-критерий Стиодента (Рокицкий, 1974).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Изучение генетического контроля биосинтеза глиадина у ооту тов-решпшентов и лонотов. Замещенные линии, благодаря цитогено-тическим и генетическим особенностям зерновок на различных этапах беккросса1дают возможность проводить идентификацию генов биосинтеза отдельных компонентов глиадина. Новые данные о генетическом контроле неперекрывающихся компонентов в серии Дм/Но -восибирская 67 (Н67) были получены уже на этапе г\, создания, при скрещивании монотелосомика (2п=40+г) сорта Дм на сорт-донор Н67. В замещенных линиях по шестой гомеологической группе были выявлены маркеры глиадановых локусов этих хромосом сорта Дм, которые не удавалось идентифицировать ранее (Майстренко а др., 1986). С помощью выщеплявшихся время от времени в разных беккроссах нуллисомиков (2п=40) по хромосомам 6Б и 6А была установлена хромосомная локализация и для некоторых компонентов и оСгфракций сорта-донора Н67. Что касается линий по хромосомам первой гомеологической группы, то моносомный анализ подтвердил полученные наш (Майстренко и др., 1986) и известные из литературы данные (Новосельская и др., 1985) о контроле биосинтеза компонентов СО- и ^-фракций глиадина двух сортов.Обобщенные данные представлены на рис.1. Их использовали в ходе насыщающих скрещиваний для контроля за отсутствием цитогенетячес-ких аномалий (типа "смены унивалента") по замещаемой хромосома в генотипах линий. Они также давали возможность судить о "динамике" насыщения генотипа линий по генам глиадина сорта-реципи -ента Дм.

В серии замещенных линий С29/Янецкис Пробат (ЯП) изучение хромосомной локализации проводили в вс6р2-вс8р2. Трудность заключалась в том, что состав глиадина двух сортов был весьма сходным, а имевшаяся генетическая информация касалась только

и ^фракций сорта-реципиента С29. Тем не менее, для линий по I и 6 гомеологическим группам, .за исключением С29/1Г> ЯП (оба сорта несут один и тот же аллель этой хромосомы),удалось выявить и идентифицировать хотя* бы один маркерный компонент,указывающий на присутствие в генотипе линии локуса одной из упомянутых хромосом сорта-донора ЯП (рис.2). С другой стороны, при -сутствие в составе глиадина идентифицированных компонентов'сорта-реципиента С 29 и отсутствие таковых ЯП позволял судить' о гомозиготности генетического-'фюна по данным хромосомам на зак-

Н67 Ан

Еис.1. Схема компонентного состава глиадана сортов Дм и Н67 с указанием компонентов-маркеров, выявленных в данной работе,а также в работах Майстренко и др., 1986 и Новосельской и др.,1985.

лючительном этапе беккросса. С помощью этого подхода в линии С29/3 о ЯП удалось выявить генотипы со "сменой унивалента" а исключить их из дальнейшей работы. Кроме того, анализируя состав глиадана нуллисомных зерновок линии С29/1ВЯП, удалось установить, что два сорта несут разные аллели глиадинко-дирующего локуса хромосомы 1В, несмотря на полное сходство по компонентному составу О-фракций и наличие общего для обоих сортов ком-являгацегося маркером аллельного локуса хромосомы 1В, характерного для реципиента С29.

При создании замещенных линий с межсортовой заменой хромосомы 5А несущие глиадинкодирующие локусы хромосомы составляли генетический фон и в процессе замещения рекомбинировали случайным образом. Однако в этом случае также можно связать определенный компонент глиадана с присутствием конкретной хромосома.При этом весьма эффективно привлечение полученных ранее данных по генетическому контролю этого признака в целом у мягкой пшеницы и у отдельных сортов в частности. Этому способствует и появление в ВСд-ВС^ генотипов, аналогичных сорту-реципиенту по большинству глиаданкодирущих локусов. Например, в самоопыленном потомстве ВС2-ВС3 линии С29/5А Ехсе1з1ог были обнаружены зерновки, гомозиготные (судя по составу глиадана 0>- и ^"-фракций) по генам глиадана хромосом 1А и. II) сорта-реципиента С29. Отсутствие компонентов-маркеров локуса хромосомы 1В, идентифицированных ранее (Майстренко и др., 1986) и проявление в этой области спектра ха~

понента в

С 29

а

Рис.2.Схема компонентного состава глиади-на сортов С29 и ЯП с указанием компо-нентовчмаркеров , выявленных в данной работе, а также в работе Майстренко и др., 1986.

рактерннх для сорта-донора компонентов указывало на присутствие в генотипе генов гомолога сорта Excelsior. Таким обра -зом были выявлены маркеры глиадинкодирующих локусов сортов Скороспелка 35,Той Pouce, Excelsior.

Восстановление гомози-готности генотипа замешенных линий пг> " тэтзшим генам в ходе бэр -кпоссов. С помощью различных подходов в сериях за -мещенных линий были идеи -тифицированы компоненты-маркеры, позволявшие, начиная с первого беккросса, контролировать насыщение генотипа создаваемой линии по генам глиадша сортов-реципиентов. При этом в линиях с заме -щением хромосомы 5А и в серии Лм/Нб7 была обнаружена' общая тен -денция: аллели глиадина, маркирующие хромосомы IA и IB сортов-доноров, не.выявляли после 3-4 беккроссов, в то время как ал -лели хромосомы 6А обнаруживали на электрофореграммах до 7-го 8-го беккроссов включительно.

Поскольку в линиях с заменой хромосомы 5А замещение претерпевала хромосома, не несущая глиадинкодирущих генов, маловероятно, чтобы обнаруженная закономерность была связана с процес -сами отбора в ходе беккроссов. Нет оснований также считать, что существует отбор в пользу изучавшихся генов хромосомы 6А сортов-доноров. Определенный вывод можно сделать по хромосоме IB заме -щенной линии Дад/5А Скороспелка 35. Присутствие фрагмента хромо -сомы IR ржи в коротком плече этой хромосомы (Жиров, Бессараб, 1977) и, как следствие, возможные нарушения хода мейоза, видимо

вызывают особенно быстрое, наблюдаемое во втором беккроссе, ее вытеснение из генотипа линии.

Аналогичная закономерность прослеживается в ходе восстановления генотипа сорта-реципиента Да в линиях Дм/Н67. В таблице I представлены данные о встречаемости донорских аллелей по хромосомам 1А, 1В и 6А в выборках пяти последовательных беккроссов, в значении "частота аллеля на зерновку в каждой беккроссной популяции". Обращает на себя внимание то, что убывание донорских аллелей по хромосомам первой гомеологической группы происходит резко и на ранних этапах беккросса. (Некоторое увеличение их частоты в ВСд связано с тем, что на этом этапе в силу объективных причин были привлечены дополнительные отцовские растения). В то же время аллели донора Н67 по хромосоме 6А встречаются на каздом этапе значительно чаще, чем хромосом 1А и 1В и в ВС^ их частота составляет 0,17.

Таблица I

Частота встречаемости донорских аллелей в выборках ВСТ - ВС5 замещенных линий Дм/Н67 по трем хромосомам

^Хромосома ^генетического фона 1А 1б 6а

Беккросс <

. 0,33 0,19 0,42

вс2р2 -■ 0 0,11 0,40

вс3?2 0,10 0,18 0,32

вс4г2 0,09 0 0,22

бс5?2 . 0 0 0,17

В формировании изучавшихся популяций каждого беккросса участвовало более десятка отцовских растений. При этом следует подчеркнуть, что их отбор велся цитологически, по определенной хромосоме I или 6 гомеологической группы, го есть в отношении глиадинов, биосинтез которых контролируется генами других хромосом, он был случайным.

С другой стороны необходимо отметить, что шесть линий данной серии по хромосомам 1А, 1В, ю, 6А и 6р, начиная с пер -вого беккросса, создавали независимо. Поэтому объединение их в одну популяцию в каждом беккроссе требует учета случайности от-

бора донорского и рецшшентного аллеля по определенной хромосоме отдельно в каждой линии. Однако, принимая во внимание, что гетерозиготность по глнадинкодирующим генам была внесена однократно, в Р-,,-и в дальнейшем не пополнялась, такое объединение возможно. Фактор случайности, видимо, оказывает влияние на то, что в шести линиях восстановление гомозиготности генетического фона по генам глиадана происходило в разных беккроссах: в линии Дм/1Ш67 - в четвергом, а в линии Дм/бБНб7 она наблюдалась до восьмого беккросса. С этим же, вероятно, связано и скачкооб -разное убывание донорских аллелей (табл.1). Но общей тенденции это не меняло. Во всех шести линиях гены хромо с ел,- 6А, кодирующие компоненты сС-фракции глиадана, • сохранялись в генотипе линий дольше, чем подобные, кодирующие компоненты Cd - и ^»фракций.

Таким образом, две различные серии замещенных линий обнаружили общую закономерность, касающуюся динамики восстановления гомозиготности генетического фона создаваемых линий по. хромосомам IA, IB и 6А. Можно предполагать, что длительное сохранение в генотипе замещенных линий глиадинкодирующих генов хромосомы 6А сортов-доноров связано с какими-то особенностями патогенетической организации этого ее района.

Это предположение согласуется с онтогенетическими данными, полученными Двораком с соавторами (Dvorak, McGuire, 1981 ; Croasway, Dvorak, 1984), которые сообщали о затруднениях го -мологичной конъюгации у различных сортов. Они объясняли это существованием межхромосомной дифференциации в виде небольших, на уровне нуклеотидов, но многочисленных изменений в гомологичных хромосомах различных сортов, локализованных в некодирующих областях. При этом было показано, что эти вариации распределены вдоль хромосомы, поэтому затруднения спаривания возможны во всех районах хромосомного плеча.

С точки зрения самого процесса создания замещенных линий проведенное исследование ставит вопрос об оптимальном количестве беккроссов, необходимых для воссоздания генотипа сорта-реципиента; представляется, что оно не должно быть меньше восьми. С друтой стороны, необходимо привлекать как можно больше призна -ков - маркеров для сортов-доноров и реципиентов, гены которых расположены в различных хромосомах, с тем, чтобы контролировать процесс вытеснения из генотипа линий донорского генетического материала.

<

г

^ 5 1Й6+7

1Я 1

т 2 1в 3

У3

1Я+? 1в- 1

Л)-~3

«8*9

16—2 Я>—3 1Я— 1

и)

•1

Рис.З. Схемы компонентного состава и В'- фракций

глиадина сортов'ЧС (а), С2Э (б) и да (в).

Дестабилизация экспрессии гжашшкодишюших генов в генотипах различных замешенных линий и у анеуплоидов. В создаваемой замещенной линии имеют место две ситуации, могущие повлиять на характер экспрессии генов глиадина: отсутствие определенной хромосомы сорта-реципиента и наличие чужой хромосомы донора в мо -носомном состоянии. Чтобы выделить роль каждой из них, перво -начально была изучена отдельно первая ситуация на примере дите-лосомиков сортов-реципиентов М и С29, а также классического объекта генетики мягкой пшеницы сорта Чайниз Спринг (ЧС).

При исследовании компонентного состава глиадина дителосоми-ков по хромосомам 1А, 1В, тв, 6А, 6В, 61) трех сортов было обнаружено изменение интенсивности некоторых компонентов -фракции у первых трех из них. Это обусловило необходимость опреде -ления относительного содержания компонентов глиадина линий в сравнении с сортом-контролем. Поскольку подавляющее большинство компонентов, проявление которых осуществляют гены хромосом I гомеологической группы, сосредоточены в СО- и ^фракциях, сравнивали содержание каждого их компонента относительно белка этих фракций (рис.3).

Как показали измерения, отсутствие коротких плеч одной из хромосом I гомеологической группы (и, следовательно, соответствующих генов глиадина) вызывает изменение относительного содержания компонентов, кодируемых гомеоаллельными. отсутствующему ло--

кусами этого белка. Например, у сорта Дм в линии ial в 1,8 и 2,8 раза увеличивается этот показатель у компонентов ^ и СО2, контролируемых гомеоаллельными локусами хромосомы ids. В линии ibl увеличение наблюдали и у этих же компонентов;а также - в 2,2 раза - у компонента (контролируются генами хромосомы ias ) и компонента ( ias+?). В линии idl это изменение обнаружено только у двух компонентов - ^4+5 и ^q (контролируются генами хромосом ias и ibs ).

В дителосомных линиях сорта С2Э наблюдали несколько иную картину. Компоненты Ы j и аналогичные таковым сорта Дм,

не изменяли своего относительного содержания в линии I as. Приблизительно в 2 раза оно увеличивалось у компонентов и и в 0,7 уменьшалось у компонента при этом определяющие их гены расположены в одном локусе хромосомы ibs, гомеоаллель-ном отсутствующему Gli-Al. В дителосомных линиях ibl и idl наблюдали существенное, в 1,5-3 раза увеличение изучаемого показателя у компонентов, контролируемых генами гомеоаллельными отсутствующим.

В дителосомных линиях ial, ibl и idl сорта ЧС наблюдали разнонаправленные изменения относительного содержания кошо -нентов, в основном, аналогичные описанным выше у сортов С29 и Дм. Однако в линии ial компонент ¿У j четырехкратно увеличивал свое содержание, а компонент уменьшал его в 0,6 раза, что явилось характерной особенностью данного сорта. Отсутствие длинного плеча хромосом IA и IB в дителосомиках ias и ibs, где глиадинкодирующие гены присутствуют, но отсутствуют расположенные в длинных плечах локусы глютенина, также вызвало измене -ние изучаемого признака. Однако они носили несколько иной характер. В таблице 2 представленные сравнительные данные по дитело-сомным линиям ial, ibl и idl трех сортов. -

Полученные результаты свидетельствуют о том, что хромосомы первой гомеологической группы связаны между собой в отношении генетического контроля глиадина. Эта связь в дителосомиках нарушается при отсутствии определенного плеча в гомологичной царе хромосом и приводит у модификации экспрессии гомеоаллельных генов. Последнее дает основание полагать, что в данных хромосомах, помимо структурных, существуют гены-регуляторы, поддерживающие экспрессию генов на характерном для генотипа уровне. Необходимо заметить, что гены, определяющие проявление ¿d -фракции глиади-

на, более значительно реагируют на отсутствие генов-гомеологов, чем подобные гены ^-фракции. Несмотря на расположение их - в одном локусе, видимо, регуляция их экспрессии осуществляется по-разному, причем существуют и межсортовые отличия по этому признаку. .

Таблица 2 ,

Влияние отсутствия короткого плеча хромосом первой гомеологической группы на относительное содержание компонентов ¿О- и ^-фракций глиадина сортов С29, ЧС и Дм

Литело- сомная линия Анализи- Ф p а к ц и и

хромосомы CO r

С 29 ЧС Ям C29 чо Дм

IAL IBS t

IDS И И

IAS+?

IBL IAS f

IDS ft f \ f t - увеличение

IAS+? t t

XDL IAS t t f

IBS i- - умень-

IAS+? 1 i шение

Частичным объяснением обнаруженного явления может быть компенсация нехватки определенных генов и белков за счет увеличения экспрессии генов-гомеологов, синтезирующих сходные в функциональном отношении продукты. Косвенно это поддерживается изменением экспрессии глиадинкодирующих генов и при отсутствии длинного плеча, несущего гены глютеннна. Однако неясно, почему это явление имеет разнонаправленный характер для генов, лежащих в одном кластере.

Поскольку генетическая ситуация в замещенных линиях также характеризуется несбалансированностью вследствие отсутствия в генотипе сорта замещаемой хромосомы,'здесь также можно было ожидать изменении в экспрессии генов глиадина. Действительно, в

замещенных линиях Лм/1ВН67 и С29/1ВЯП было обнаружено усиление интенсивности компонентов ^-фракции по сравнении с соргами-рецшшентамк. По составу вовлеченных компонентов оно было аналогично обнаруженному у дителосомиков iel сортов Дм и G29. В линии Лм/1ВН67 этот эффект наблюдался на всех этапах создания, начиная с и кончая ВСд. Анализ дасомных генотипов уже созданной линии показал, что увеличенная экспрессия сохранилась. В линии С29/13ЯП модифицированная экспрессия компонентов, гомео-аллельных по отношению к расположенным в хромосоме IB генам была характерна для нулли-, моно- и дасомных генотипов в ВСд. Таким образом, эти созданные замещенные линии характеризуются не только наличием донорского аллеля этой хромосомы по глиадину.но и модифицированной экспрессией гомеоаллельных генов, расположенных в хромосомах IA и id.

На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что модификация экспрессии не является свойством только анеу -пловдов, т.е. организмов с нарушенной патогенетической оргаяи -зацией, так как замещенная линия имеет нормальное для мягкой пшеницы число хромосом (2п = 42).Основной ее причиной здесь является отсутствие собственной пары хромосом IB сорта-реципиента, причем гомологичная хромосома сорта-донора, несущая иной аллель этого локуса не способна компенсировать ее отсутствие.Это подтверждает возможность присутствия в кластере глиадинкодирую-щих генов специфических регуляторов, не способных функционально замещать друг друга.

В линиях с замещением хромосомы 5А, где хромосомы, несущие гены глиадина не подвергались цитогенетическим манипуляци -ям, также выявлены факты модифицированной экспрессии генов, контролирующих проявление компонентов и ^фракций, ве-

роятно, имеющие другие механизмы. Так, в линии Дм/5А0десская 51 гетерознготность по двум разным аллелям хромосомы IB вызывала появление дополнительных компонентов с наибольшей- электрофоре-тической подвижностью в ^/-фракции. При этом функция других гомо- или гомеоаллельных локусов не затрагивалась, что позволяет предполагать ограниченное взаимодействие на уровне отдельных генов этого локуса.

Вероятно, другой механизм, лроявления имеет обнаруженный в некоторых зерновках линии Дм/Скороспелка 35 дополнительный компонент, являющийся маркером довольно распространенного ал-

леля локуса хромосомы IB. Он проявлялся вместо секалинов, эк-спрвссирующихся у сорта-донора генами фрагмента хромосомы IR ржи. Это говорит о возможности взаимодействия генетического материала двух различных видов злаков, выражающееся в репрес -сии глиадинкодирующих генов мягкой пшеницы. При определенных условиях (не связанных с видимыми цитологическими изменениями) может происходить смена регуляции активности генов. В данном случае, видимо, стимулирующим фактором стало беккрос сирование.

ВЫВОДЫ

1. В трех сериях замещенных линий мягкой пшеницы с по -мощью различных подходов проведено изучение генетического контроля компонентов глиадина сортов-реципиентов и доноров. У сортов Саратовская 29, Диамант и Новосибирская 67 уста -новлен генетический контроль Jb - и оС-фракций, для Янецкиса Пробата идентифицированы маркерные компоненты всех шести глиадинкодирующих локусов хромосом первой и шестой гомеологических групп, а у сортов-доноров Скороспелка 35, Tom Роисе и Excelsior маркеры установлены для хромосом IA, IB и 6А.

2. Установлено, что в цикле насыщающих скрещиваний при создании замещенной линии за исключением хромосомы донора восстановление генотипа сорта-реципиента происходит неравномерно. При этом глиадинкодирующие гены хромосом IA и IB сорта-донора вытесняются на этапе 3-4 беккросса, тогда как аналогичные гены хромосомы 6А - в 6-8 беккроссе.

3. Отсутствие в генотипе трех неродственных сортов •мягкой пшеницы Саратовская 29, Диамант и Чалниз Спринт

короткого плеча гомологичной пары хромосом первой гомеологи-ческой группы вызывает нарушение экспрессии гомеоаллельных глиадинкодирующих генов:

а) для генов, определяющих биосинтез О-фракции, существенное, в 2-4 раза увеличение экспрессии обнаружено у дателосомиков IB1 и idl трех сортов, а у дателосомиков IA1 наблюдается ее увеличение, уменьшение шш сохранение на прежнем уровне в зависимости от генотипа сорта;

б) гены, обуславливающие биосинтез компонентов фракции мало изменяют экспрессию при отсутствии короткого плеча упомянутых хромосом, что указывает на различный регуляционный контроль двух групп генов, расположенных в одном кластере.

4. Установлено, что в линиях с межсортовым замещением хромосом экспрессия генов глиадина также подверга -ется модификации, основной причиной которой является удаление из генотипа сорта-реципиента хромосомы первой го -меологической группы, несущей, вероятно, помимо структурных генов этого белка, специфические гены-регуляторы.

5. Экспрессия глиадинкодирующих генов введенной па -ры донорских хромосом не изменяется под влиянием гено -типа сорта-реципиента, однако зависит от ее дозы в ге -нотипе создаваемой и уже созданной линии.

6. Выявлено, что среди хромосом генетического фона создаваемой замещенной линии наиболее часто изменяется экспрессия генов глиадина, расположенных в хромосоме IB,

что указывает на особую организацию.....в" ' "ней изучаемой

генетической .системы; в"~5тйх случаях проявляют себя' межгенные взаимодействия в пределах одного кластера.

7. Данные, полученные при анализе замещенных линий и анеуплоидов мягкой пшеницы свидетельствуют, что окончательное формирование признака - компонентного состава глиадина у этого природного аллополиплоида определяется взаимодействием генетических систем его отдельных гено -мов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТШЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Пшеничникова Т.А. Влияние дозы отдельных хромосом мягкой пшеницы на экспрессию глиадиновых генов // У1 Все-союз. симпозиум "Молекулярные механизмы генетических процессов". M., 1987. С.138.

2. Пшеничникова Т.А., Майстренко О.И., Пельтек С.Е. "Восстановление глиадинкодирующих локусов в ходе беккроссов при создании замещенных линий мягкой пшеницы по хромо -соме 5А // С.-х. биология. 1988. № 6. С.25-30.

3. Пшеничникова Т.А., Пельтек С.Е., Майсгренко О.И. Влияние нехватки плеча хромосомы первой гомеологической группы на экспрессию глиадиновых генов у мягкой пшеницы // Генетика. 1989. Т.25. № 10. С.1793-1801.

4. Пшеничникова Т.А., Майстренко О.И. Изучение ранних этапов создания замещенных линий пшеницы Диамант/Новосибирская 67 по экспрессии генов глиадина // Генетика.1990. 7.26. № 5. С.965-970.

5. Пшеничникова Т.А. Восстановление глиадинкодирующих локусов в ходе беккроссов при создании замещенных линий мягкой пшеницы // 17 Всесоюз. научная конф. "Экологическая генетика растений, тавотных, человека". Кишинев. Штиинца, 1991. С.60.

Подписано к печати 28.04.92

Формат бумаги 60 х 90 1/16. Печ.л. 0,7. Уч.-изд. л.1 Тираж НО экз. Заказ 80.

Ротапринт Института цитологии и генетики СО РАН 630090, Новосибирск, проспект академика Лаврентьева, 10